DE1034785B

DE1034785B - Geraet zur elektrischen Untersuchung von Erdformationen in Bohrschaechten

Info

Publication number: DE1034785B
Application number: DESCH12703A
Authority: DE
Inventors: Nick August Schuster
Original assignee: Schlumberger Well Surveying Corp
Current assignee: Schlumberger Well Surveying Corp
Priority date: 1952-06-06
Filing date: 1953-06-05
Publication date: 1958-07-24

Description

Gerät zur elektrischen Untersuchung von Erdformationen in Bohrschäditen Die Erfindung betrifft ein Gerät zur elektrischen Untersuchung von Erdformationen in Bohrschächten, durch das Angaben über den spezifischen elektrischen Widerstand der von einem mit elektrisch leitender Flüssigkeit gefüllten Bohrloch durchteuften Erdtormationen erhalten werden.
Auf der Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes beruhende Untersuchungsverfahren werden in großem Umfang sehr erfolgreich dazu benutzt, um die von einem Bohrloch durchteuften Erdformationen mit den gleichen, von anderen Bohrlöchern durchteuften Erdformationen in gegenseitige Wechselbeziehung zu bringen und die tatsächlichen spezifischen Widerstände der ein Bohrloch umgebenden Erdformationen aus den Anzeigen der spezifischen Widerstände herzuleiten.
Es sind ferner Verfahren und Einrichtungen bekannt, die noch genauere Aufschlüsse aus den gemessenen spezifischen elektrischen Widerständen erzielen lassen.
Sie ermöglichen eine genauere Elfassung der tatsächlichen spezifischen Widerstände, z. B. der wahren spezifischen Widerstände der Formationen oder des spezifischen Widerstandes der von dem Filtrat der Bohrlochspülung durchdrungenen Zonen in durchlässigen Formationen.
Jedes dieser neueren Verfahren und Vorrichtungen begrenzt den von einer durch ein Bohrloch geführten Hauptelektrode ausgesandten Strom auf eine bestimmte Bahn durch die Formation, wodurch in der Nähe der Hauptelektrode durchgeführte Potentialmessungen den spezifischen elektrischen Widerstand der in der bebestimmten Bahn liegenden Erdformation anzeigen. Die Gestalt dieser Bahn ist vorbestimmt und wird während einer Untersuchung dadurch nahezu konstant gehalten, daß ein Hilfsstrom in der Nähe der Hauptstromelektrode ausgesandt und die Amplitude und Phase oder Polarität des Hilfsstromes entsprechend den in der Bohrlochspülung durch den Fluß des Hauptstromes erzeugten Potentialdifferenzen überwacht werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zu schaffen, durch welches Angaben der spezifischen Widerstände von Erdformationen in einer bestimmten Bahn ohne Begrenzung des Stromes auf diese Bahn erzielt werden können.
Das Gerät, das aus einem System von in dem Bohrloch entlang geführten Elektroden sowie Einrichtungen besteht, um zwei dieser Elektroden elektrisch voneinander unabhängige Ströme zuzuführen und die Potentialwerte an zumindest zwei Meßelektroden zu messen, ist erfindungsgemäß mit einer Meßvorrichtung versehen und mit zwei in das Bohrloch versenkten Meßelektroden so verhunden, daß die von jedem der beiden Ströme an den Meßelektroden auftretenden Potentialdifferenzen gegen einen Bezugspunkt sowie gegeneinander gesondert gemessen werden können, so daß zumindest vier gegenseitig unabhängige Potentialwerte erhalten werden.
Vorzugsweise sind die beiden Meßelektroden zwischen den beiden Stromelektroden angeordnet, und es ist ein Anzeigegerät vorgesehen, in welchem die Potentiale differenzen e1 und e2, die sich aus den beiden Strömen zwischen Erde und einer der beiden Meßelektroden ergehen, sowie diejenigen el' und e2, zwischen den beiden Meßelektroden gemessen werden, zn einer Anzeige proportional e1 + e2.' (,I ) vereinigt werden. e2 Es ist zwar schon ein Meßsystem bekannt, bei dem Ströme verschiedener Frequenzen angewandt werden, so daß gleichzeitig Messungen der Scheinwiderstände in verschiedenen Untersuchnngstiefen durchgeführt werden können. Es ist aber neu, vier gegenseitig unabhängige Potentialwerte so zu vereinigen, daß man daraus eine Anzeige über elektrische Eigenschaften einer Bodenschicht in einer bestimmten Bahn gewinnen kann. Auch fehlte die Erkenntnis, daß sich ein solches Ergebnis allein mit der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen ElektrodenanoIdnung erzielen läßt.
Die Zeichnung soll einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen: Fig. 1 zeigt schematisch eine der Elektrcdenreihen ftir elektrische Untersuchungen von Erdformationen in Verbindung mit einer Schaltanordnung zum Erhalt von Widerstandsanzeigen gemäß der Erfindung; Fig. 1 A, 1 B und 1 C sind schematische Darstellungen von Elektrodenreihen abweichender Anordnung, welche für das Untersuchungssystem nach der Erfindung verwendet werden können; Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Rechengerätes zur Erzielung äußerst aufschlußreicher Anzeigen über den spezifischen elektrischen Widerstand gemäß der Erfindung; Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer abgeänderten Ausführungsform des Untersuchungssystems der Fig. 2; Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer weiteren abgeänderten Ausführungsform eines elektrischen Untersuchungssystems gemäß der Erfindung, und Fig. 5 zeigt ein Schaltbild einer abgeänderten Ausführungsform eines Rechengerätes zur Verwendung mit einer beliebigen Elektrodenreihe entsprechend Fig. 1, IA, 1B oder 1C.
Gemäß Fig. 1 durchquert ein Bohrloch 11, das mit elektrisch leitender Bohrlochflüssigkeit 12 gefüllt ist, eine Mehrzahl von Erdformationen 13. Die Elektrodenreihe 14 üblicher Bauart setzt sich aus einer Mittelelektrode A,: dazwischenliegenden Paaren von kurzgeschlossenen Elektroden M1 und M2 sowie M'i und M'2, und kurzgeschlossenen Außenelektroden Al und A2 zusammen. Die Elektrodenreihe 14 kann mittels einer hier nicht weiter dargestellten üblichen Kombination von Kabel und Winde durch das Bohrloch geführt werden.
Elektrischer Strom von einer außerhalb des Bohrlochs 11 angeordneten Stromquelle 15 wird über einen isolierten Leiter 16 in das Bohrloch zu der Elektrode Ao hinabgeleitet, aus welcher er austritt. Der Strom fließt durch die Formation 13 zu einer unter einer Bezugsspannung stehenden Elektrode B. Der Stromkreis ist über einen Leiter 17 geschlossen, welcher die Verbindung zu der Klemme niederen Potentials der Stromquelle 15 herstellt. Der von der Elektrode Ao zu der Elektrode B fließende Strom hat vorzugsweise gleichbleibende Stärke, und die Stromquelle 15 kann beispielsweise aus einem Generator 18 konstanter Spannung bestehen, der mit einer hohen Impedanz 19 in Reihe geschaltet ist.
Von einer Stromquelle 21 erzeugter Hilfsstrom wird über ein isoliertes Kabel 22 zu den Elektroden A1 und A2 geleitet. Der Hilfsstrom gelangt über die Erdformationen undloder die leitende Bohrlochfiüssigkeit 12 zu einem unter einem Bezugspotential stehenden Punkt 23 und wird über einen Leiter 24 zu der Klemme niederen Potentials der Stromquelle 21 geführt.
Die von den Elektroden Ao und A1, A2, ausgehenden Haupt- und Hilfsströme erzeugen entsprechende Potentiale an den Elektroden Mi, M2 und M'1, M'2. Um die von den Haupt- und Hilfsströmen erzeugten Potentiale zu unterscheiden, kann die Stromquelle 15 einen Strom mit der Frequenz und die Stromquelle 21 einen Strom mit einer unterschiedlichen Frequenz, liefern. Eine dieser Frequenzen kann auch Null sein, d. h., einer der Ströme kann gleichgerichtet sein. Alternativ können die Stromquellen 15 und 21 entweder Wechselstrom gleicher Frequenz oder Gleichstrom, jedoch während abwechselnder Intervalle, liefern, so daß die Ströme zeitlich getrennt sind.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugt der von der Elektrode Ao mit der Frequenz ausgesandte Primärstrom zwischen den Elektroden Mi, M2 und einem Punkt des Bezugspotentials, z. B. dem Erdpotential, eine Potentialdifferenz «1 mit der Frequenzfl. Eine entsprechende Potentialdifferenz «2 mit der Frequenzf2 wird durch den Hilfsstrom mit der Frequenzf2 erzeugt.
Ferner treten Potentialdifferenzen e'l und e'2 mit den Frequenzenfl und f2 entsprechend zwischen den Elektroden M,, M2 und M',, M'2 auf. Diese vier Potentiale können durch irgendwelche Mittel getrennt und einem Registriergerät 37 zugeleitet werden. Zum Beispiel ist ein isoliertes Kabel 25 mit den Elektroden M1, M2 verbunden und führt die dort auftretende Spannung zu einem Filter 26, der die Frequenz durchläßt und die Frequenzf2 zurückhält, sowie zu einem Filter 27, welcher die Frequenz, durchläßt und die Frequenzf, sperrt.
Hohe Impedanzen 28 und 29 sind zwischen die Ausgangsklemmen der Filter 26 und 27 sowie einen unter einem Bezugspotential stehenden Punkt 31 geschaltet. Diese Schaltanordnung ermöglicht die Impedanz der Potentialdifferenzen el und e2 an den Impedanzen 28 und 29.
Die an den Elektroden M'l, M'2 auftretenden Potentiale werden aus dem Bohrloch 11 über ein isoliertes Kabel 32 fortgeleitet. Die dem Potentialgefälle zwischen den Elektroden M1, M2 und M',, M'2 bei den Frequenzen f, und f2 entsprechenden Potentialdifferenzen e'l und e2 werden durch Filter 33 und 34 getrennt, velche an die Kabel 25 und 32 angeschlossen sind. Die Filter 33 und 34 sind ähnliche wie die Filter 26 und 27; die Potentialdifferenzen e'l und e'2 treten an hohen Impedanzladungen 35 und 36 auf, welche an die Ausgangsklemmen der Filter 33 und 34 angeschlossen sind.
Die einzelnen Potentialdifferenzen el, e2, « und e'2 stellen für sich je eine üblicne Anzeige des spezifischen elektrischen Widerstandes dar, d. h., die Potentiale el und e2 sind »normale« Anzeigen für den von den Elektroden Ao bzw. A,, A2 fließenden Strom, während die Potentiale e'l und et2 ?inverse« Anzeigen derselben Ströme bedeuten. Es wurde nunmehr eine Beziehung zwischen diesen Spannungen festgestellt, die ihre Kombination in einer Weise gestattet, welche die gleiche Anzeige ergibt, als wenn der Strom von der Elektrode Ao tatsächlich in einer früher vorgeschlagenen Weise auf einer vorbestimmten Bahn in die Formationen geleitet worden wäre. Diese Beziehung ist folgende: R oo e, +- ( ( () I) (1) worin R einen Widerstandswert bedeutet, welcher dem mit dem früher vorgeschlagenen Verfahren erhältlichen Wert im wesentlichen proportional ist, und el, e'l, e2 und e'2 die Größe der vier gemessenen Potentiale angeben.
Nimmt man einen positiven Stromfluß von den ElektrodenA0undA,, A2 an, dann sind die Potentiale el, e2 und e'l positiv, und das Potential e'2 ist negativ. Gemäß der Erfindung können die an den Impedanzen 28, 29, 35 und 36 auftretenden Potentiale, gegebenenfalls rektifiziert, einem Elektronen- oder elektromechanischen Registriergerät 37 zugeleitet werden, welches eine dem Widerstand R entsprechend der Formel (1) proportionale Anzeige ergibt. Das Meßergebnis wird vorzugsweise in üblicher Art mittels eines Instruments 38 als Funktion der Tiefe der Elektrodenreihe 14 in dem Bohrloch 11 registriert.
Der elektrische Widerstand der Formation läßt sich unter gewissen Umständen auf einem noch enger begrenzten Weg nach der Formel R vo e, f K (4) R oo e, + K « (2) ermitteln, worin K eine Konstante bedeutet, die größer als Eins ist. Die nach der Formel (2) erhaltene Widerstandsanzeige wird die gleiche sein wie diejenige nach dem früher vorgeschlagenen Verfahren, wenn der von den Elektroden A,, A2 ausgesandte Hilfsstrom über denjenigen Wert hinaus gesteigert wird, der notwendig ist, um die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden M,, M2 und M',, M'2 bis auf Null zu vermindern. Bei der nachfolgenden Beschreibung eines geeigneten Registriergeräts wird die Formel (1) erörtert. Es kann indessen auch die Formel (2) durch bloßes Einfügen des Faktors K beim Addieren der beiden Glieder der Formel (1) verwendet werden.
An Stelle der in Fig. 1 gezeigten Elektrodenreihe 14 kann eine beliebige andere Elektrodenanordnung Verwendung finden, wie sie z. B. in den Fig. 1 A, 1 B und t C dargestellt ist, wo die entsprechenden Elemente die gleichen Bezugszeichen aufweisen.
Eine vorzugsweise Ausführungsform eines Registrier-oder Rechengeräts 37 ist in Fig. 2 gezeigt, das z. B. mit einer beliebigen der in Verbindung mit Fig. 1 besprochenen Elektrodenreihen benutzt werden kann. In Fig. 2 ist das Rechengerät mit der in Fig. 1 B gezeigten Elektrodenreihe verbunden. Das Rechengerät kann sich an der Erdoberfläche befinden oder in einem druckfesten Gehäuse 39 untergebracht sein, welches zusammen mit der Elektrodenreihe durch das Bohrloch bewegt wird.
Ein Generator 41 mit gleichbleibender Frequenz liefert einen vorzugsweise konstanten Strom von der Frequenz zu der Mittelelektrode Ao über eine hohe Impedanz 42 und einen isolierten Leiter 16'. Die eine niedrige Impedanz aufweisende Verbindung des Generators 41 führt über einen Leiter 17' nach der Erdungselektrode B, die sich z. B. außen an dem Gehäuse 39 befinden kann. Ein zweiter Generator 43 leitet Strom mit der Frequenz f2 der Außenelektrode A1 über einen Leiter 22' zu. Dementsprechend besteht zwischen den Elektroden M1 und M'1 eine Potentialdifferenz e'1 mit der Frequenz und eine Potentialdifferenz eta mit der Frequenz f2. Zwischen der Elektrode M1 und Erde besteht eine Potentialdifferenz el mit der Frequenz und eine Potentialdifferenz ea mit der Frequenzf2. Nimmt man die Elektrode M1 als Bezugspunkt, dann ist die Phase oder Polarität des Potentials e'2 entgegengesetzt oder negativ gegenüber dem Potential e2, während das Potential e'l von gleicher Phase oder Polarität wie das Potential el ist.
Die Formel (1), welche die Potentialdifferenzen el, e, e'l und e'2 kombiniert, um ein Potential R zu erhalten, das dem spezifischen Widerstand der Erdformationen noch größerer Annäherung proportional ist, wird mittels eines Verstärkers 44 von veränderlichem Verstärkungsgrad abgeleitet, dessen Gesamtverstärkung G entsprechend der Differenz zwischen den an den Primärwicklungen 45 und 46 eines Transformators 47 auftretenden Spannungen mittels eines Rückkopplungskreises gesteuert wird, der aus einem Velstärker 48, einem Filter 49, einem weiteren Verstärker 51 und einem Detektor 52 in Reihenschaltung besteht. Die Potentialdifferenzen et und e'2 werden über einen Isoliertransformator53 zu dem Eingang des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsgrad 44 geleitet. Die Primärwicklung45 des Transformators 47 ist in den Ausgang des Verstärkers 44 eingeschaltet. Die Primärwicklung 46 des Transformators 47 ist mittels der Leiter 54 und 25' zwischen Erde und die Elektrode M1 gelegt mit dem Ergebnis, daß die Potentiale el und e2 an der Wicklung 46 in algebraischer Addition zu den der Wicklung 45 zugeführten Ausgangsmeßanzeigen Ge'l und Ge'2 des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsgrad erscheinen. Die Potentiale el und e2 können gegebenenfalls ohne Änderung des nachfolgend errechneten Widerstandswertes von der Elektrode M'1 erhalten werden.
Soweit die Frequenz, in Betracht kommt, ist die dem Verstärker48 mittels einer Sekundärwicklung 50 des Transformators 47 zugeleitete kombinierte Meßanzeige proportional «2 - G«'2, da e'2 negativ ist. Die Meßanzeige wird über das Filter 49 geleitet, welches Anzeigen von der Frequenz aussiebt. Die gesiebte Meßanzeige wird in dem Verstärker 51 verstärkt und in dem Detektor 52 gleichgerichtet, der vorzugsweise durch Zuleitung eines Bezugspotentials gleicher Frequenz von dem Generator 43 über einen Leiter 55 phasenempfindlich gemacht wird.
Ein direktes Potential proportional «2 - G«'2 wird den Ausgangssteuerkreisen des Verstärkers 44 mit solcher Polarität zugeleitet, daß es auf die Unterdrückung der dem Verstärker 48 zugeleiteten kombinierten Meßanzeige von der Frequenzf2 hinwirkt. Hierdurch wird das Potential Geta wander Wicklung 45 gleich dem Potential e, an der Wicklung 46. Demgemäß wird der Ausgang G des Verstärkers 44 mit veränderlichem Verstärkungsgrad stets gleich e,2 sein. e 2 Der Verstärker 44 muß so gebaut sein, daß er einen Verstärkungsgrad besitzt, der proportional dem Verstärkungsgrad mit der Frequenzf2 ist. Insbesondere muß der Proportionalitätsfaktor K der Formel (2) und der Formel (1) entsprechen. Mit dieser Verstärkung gleich e,2 wird nun die Wirkung des Stromes von der Frequenz eS auf dem Kreis des Rechengerätes untersucht. Die der Wicklung 46 zugeleitete Meßanzeige wird gleich el sein, und die Meßanzeige an der Wicklung 45 gleich G'el. Somit wird die Anzeige am Eingang des Verstärkers 48 gleichbleibend proportional der algebraischen Summe beider «2 Anzeigen oder «i + G«'1 sein. Da nun G = e,2 ist, wird die auf den Verstärker 48 geleitete Anzeige gleichbleibend proportional el + ( e,2) e'l, was der vorerwähnten Forme] (t) entspricht. Da ferner Meßanzeigen von der Frequenzf2 unterdrückt sind, ist die Ausgangsanzeige des Verstärkers 48 ein Potential von der Frequenzfi, welches etwa das gleiche ist wie das nach dem üblichen Verfahren gemessene Potential, und so proportional dem spezifischen Widerstand der Erdformation in einer vorbestimmten Bahn, obwohl der Strom weder von der Frequenz noch der Frequenzf2 auf diese Bahn beschränkt ist.
Die Ausgangsanzeige des Verstärkers 48 kann auf einen linearen Detektor 56, gewünschtenfalls über ein nur die Frequenz durchlassendes Filter geleitet werden.
Die festgestellte Spannung kann mittels isolierter Kabel 57 und 58 an die Erdoberfläche zu einem registrierenden Galvanometer 59 hoher Impedanz geleitet werden, das vorzugsweise den spezifischen Widerstand R als Funktion der Tiefe der Elektrodenreihe in dem Bohrloch aufzeichnet. Der Detektor 56 wird vorzugsweise durch Zuleitung eines Bezugspotentials mit der Frequenz über einen Leiter 61 von dem Generator 41 aus phasenempfindlich gemacht.
Falls erwünscht, können zugleich mit der Messung von R ein oder mehrere Widerstandsmessungen für geringere Tiefen durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann man die Elektrode M1 durch einen Leiter 62 mit einem Filter 63 verbinden, welches nur Strom von der Frequenz durchläßt. Potentialdifferenzen von der Frequenz zwischen der Elektrode M1 und der Erde werden auf einen an den Ausgang des Filters 63 angeschlossenen Detektor 64 geleitet. Die ermittelte Meßanzeige kann über isolierte Leiter 65 und 66 zu der Erdoberfläche gesandt werden, wo die Widerstandswerte von einem Galvanometer 67 hoher Impedanz registriert werden können. Die gesamte für den Betrieb der Elektronengeräte in dem Gehäuse 39 benötigte elektrische Energie kann z. B. von einem an der Erdoberfläche be findlichen Wechselstromgenerator 68 mittels isolierter Leiter 69 und 71 einer üblichen Kraftzuführstelle zugeleitet werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform arbeitet auf der Grundlage der Frequenztrennung. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung auch bei Verfahren mit zeitlicher Trennung anwendbar, wofür das im Zusammenhang mit Fig. 2 gezeigte Rechengerät leicht anpaßbar ist. In Fig. 3 kann die Elektrodenreihe z. B. dieselbe sein wie in Fig. 1. Diese Ausführungsform wird in Verbindung mit einer bestimmtem Elektrodenreihe beschrieben, sie kann jedoch gegebenenfalls auch mit einer anderen schon vorgeschlagenen Elektrodenreihe zusammenwirken.
In Fig. 3 steuert ein von einem Antrieb 74 in Gestalt eines Elektromotors betätigter umlaufender Schalter 73 die betriebsmäßige Arbeitsfolge des Widerstand -Rechengerätes, um vier bestimmte Potentiale zu erzeugen und zu ermitteln, die zu einer einzigen resultierenden Meßanzeige der gewünschten Widerstandsmessung vereinigt werden. Der Schalter 73 setzt sich aus einer Mehrzahl von leitenden Kontaktscheiben 75 bis 81 zusammen, die in ständiger oder i, termittierender Gleitberührung mit wischerartigen fedtrnden Kontaktarmen, z. B. einem Kontaktarm 82, stehen. Die Kontaktscheiben sind isoliert auf einer gemeinsamen Welle befestigt, welche sie gleichzeitig in Umlauf versetzt.
Die Kontaktscheiben 75 und 76 liefern während abwechselnder Viertelperioden des Schalters 73 von einer Gleichstromquelle 83 zwischen der Elektrode Ao und der geerdeten Elektrode B Strom von wechselnder Polarität.
Während der dazwischenliegenden Viertelperioden leiten die Kontaktscheiben 77 und 78 von einer Gleichstrom quelle 84 aus Strom wechselnder Polarität zwischen die Elektroden A1, A2 und das Erdpotential.
Die Leiter 25 und 32 von den Elektroden M1, M2 und M'1, MBS sind mit e rlem Isoliertransformator 85 verbunden, dessen Sekundärwicklung vor dem Eingang eines Verstärkers mit verändellichem Verstärkungsgrad 86, ähnlich dem Verstärker 44 in Fig. 2, liegt.
Während wechselnder Viertelperioden werden Potentiale e'l und e'2 zu dem Verstärker 86 geleitet, und die verstärkte Meßanzeige wird einer Primärwicklung 87 eines Transformators 88 zugeführt. Der Transformator 88 entspricht dem Transformator 47 in Fig. 2 und besitzt eine weitere Primärwicklung 861, über welche Potentiale e und e2 während wechselnder Viertelperioden zugeleitet werden. Während der geraden Viertelperioden erscheint ein Potential proportional el + Je',, und während der ungeraden Viertelperioden ein Potential proportional e2 G«'2 vor der Sekundärwicklung 91 des Transformators 88.
Die Sekundärwicklung 91 ist sowohl mit dem Eingang eines Verstärkers 92 als auch mit der Kontaktscheibe 80 verbunden. Der Ausgangskreis des Verstärkers 92 ist gegen Erde ausgeglichen und besitzt zwei Ausgangsleiter 90 und 90', auf welchen die Ausgangsmessungen mit entgegengesetzter Polarität erscheinen. Die Leiter 90 und 90' werden abwechselnd mit einer Kontaktscheibe 79 verbunden, welche ein gleichgerichtetes Steuerpotential über eine Leitung 93 zu dem Verstärkungssteuerkreis des Verstärkers 86 nur während der ungeraden Viertel-Perioden leitet. Die Verstärkung G des Verstärkers 86 ist dementsprechend gleich e,2 und der Steuerkreis e2 besitzt eine ausreichende Zeitverzögerung, um diese Verstärkung während der geraden Viertelperioden unverändert aufrechtzuerhalten, wenn e'l an den Verstärker 86 angelegt wird.
Die Kontaktscheiben 80 und 81 leiten eine gleichgerichtete Meßanzeige auf ein Anzeigegerät 94 nuI während der geraden Viertelperioden. Somit kann ein der vorerwähnten Gleichung (1) proportionales direktes Potential von dem Meßgerät 94 fortlaufend als Funktion der Tiefe der Elektrodenreihe in dem Bohrlocb registriert werden.
Die Erfindung kann demnach zur Erzielung einer Mehrzahl von Widerstandsmessungen benutzt werden, von denen jede einen verschiedenen wirksamen Strcmpfad vorbestimmter Form darstellt. Zu diesem Zweck kann eine Mehrzahl trennbarer Frequenzen verwendet werden, und zwar je zwei für jede Messung des spezifischen Widerstandes längs einer gegebenen vorbestimmten Bahn. Alternativ kann auch zeitliche Trennung verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt, und zwar zeigt diese ein Schaltschema entsprechend einer Abwandlung der Erfindung zur Erzielung einer Mehrzahl von Widerstandsanzeigen, von denen jede den spezifischen Widerstand längs verschiedener Bahnen durch die Formationen wiedergibt. Die Elektrodenreihe 95 besteht aus einer Mittelelektrode Mo und kurzgeschlossenen Elektrodenpaaren A3 und A4, As und A6, Ml und M2 sowie M3 und M4. Ein Strom von gleichbleibender Stärke mit der Frequenz f1 wird von einem Oszillator 96 zwischen die Elektroden A3, A5, A4, A, und Ei dpotential zugeleitet.
Ein Strom von der Frequenz f2 wird von einem Cszillator 97 zwischen die Elektroden A3 und A5 sowie A4 und A geleitet.
Signale E1 und E2, welche den Potentialdifferenzen bei den Frequenzen f1 und f2 zwischen der Elektrode M<> und einem Punkt 98 mit Erdpotential entsprechen, werden vor eine Primärwicklung 99 eines Transformators 101 gelegt. Signale, welche den Potentialen zwischen den Elektroden M1, M2 und dem Erdpotential entsprechen, werden zu dem Eingang eines Verstärkers 102 mit veränderlichem Verstärkungsgrad G geleitet. Diese Potentiale können mit E'l und E'2 bei den Frequenzen f1 und f2 bezeichnet werden. Nach der Verstärkung werden die Potentiale GE'1 und GE'2 zu einer weiteren Primärwicklung 103 des Transformators 101 geleitet, welche in algebraischer Addition zu der Wicklung 99 wirksam ist.
Der Ausgang des Transformators 101 ist mit einem Verstärker 103 mit festem Verstärkungsgrad verbunden. Der Verstärker 103 wirkt über ein Filter 104, das die Frequenz fl unterdrückt, einen weiteren Verstärker 105 und einen Detektor 106, um die Verstärkung des Verstärkers 102 mit veränderlichem Verstärkungsgrad in gleicher Weise zu steuern, wie der Verstärker 44 in der Einrichtung nach Fig. 2 gesteuert wird. Dementsprechend wird die Verstärkung G des Verstärkers 102 gleich dem Verhältnis E2' E'2 gehalten. Ein Detektor 107 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 103 verbunden und leitet ein Signal zu einem registrierenden Galvanometer 108, das einem spezifischen Widerstand R' entspricht, dessen Bedeutung die gleiche ist wie bei den Messungen nach schon vorgeschlagenen Verfahren.
Gleichzeitig werden Signale, die dem Potential zwischen der Elektrode M, und den Elektroden M3, M4 bei den Frequenzen f1 und f2 entsprechen, zu einer Primärwicklung 109 eines Transformators 111 geleitet. Signale, welche den Potentialen zwischen den Elektroden Ml, M2 und M3, M4 bei den Frequenzen f1 und f2 entsprechen, werden zu dem Eingang eines weiteren Verstärkers 112 mit veränderlichem Verstärkungsgrad geleitet, dessen Ausgang mit einer anderen Primärwicklung 113 des Transformators 111 verbunden ist, welche der Wicklung 109 entgegenwirkt. Ein Verstärker 114, ähnlich dem Verstärker 103, ist mit dem Ausgang des Transformators 111 verbunden. Ein Filter 115, welches die Frequenz kl unter drückt, ein Verstärker 116 und ein Gleichrichter 117 koppeln den Ausgang des Verstärkers 114 mit dem Steuerkreis für den Verstärkungsgrad des Verstärkers 112. Die Verstärkung des Verstärkers 112 wird demzufolge selbsttätig in der vorher erörterten Weise gesteuert mit dem Ergebnis, daß die am Ausgang des Verstärkers 114 auftretende Meßanzeige proportional dem spezifischen Widerstand R" ist. Dieses Signal kann mittels eines Gleichrichters 118 gleichgerichtet werden und von einem Galvanometer 119 hoher Impedanz angezeigt werden.
Wenn weder die Frequenz f1 noch die Frequenz f2 Null ist, kann zugleich eine Messung des spontanen Potentials zwischen der Elektrode Mo und dem Erdpotential mittels eines registrierenden Galvanometers 121 hoher Impedanz erhalten werden, welches von den Wechselströmen durch eine Drosselspule 122 getrennt ist.
In Fig. 5 ist ein Rechengerät 37 elektromechanischer Bauart dargestellt, welches in der Meßvorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden kann. Das Rechengerät 37 kann nach folgenden Grundsätzen aufgebaut sein. Die an den Widerständen 28, 29, 35 und 36 auftretenden Potentiale el, e2, e'l und e'2 können durch Gleichrichter 123, 124, 125 und 126 in Gleichspannungen umgesetzt werden.
Dem Rechengerät 37 wird das gleichgerichtete Ausgangssignal von dem Gleichrichter 125 über einen Spannungsteiler 127 mit dem Ergebnis zugleitet, daß ein e'l proportionales Potential zwischen dem beweglichen Kontakt 128 und Erde auftritt. Das Ausgangssignal aus dem Gleichrichter 126 wird einem Spannungsteiler 129 mit einem beweglichen Kontakt 131 zugeleitet, der mechanisch mittels einer Welle 132 gesteuert wird, die ihrerseits von einem Servomotor 134 über ein Vorgelege 133 angetrieben wird. Der Kontakt 131 ist elektrisch mit dem Eingang eines Servosteuerverstärkers 135 verbunden, an welchen auch der Kontakt 128 des Spannungsteilers 127 angeschlossen ist.
Das Potential an dem Kontaktarm 131 ist gleich be'2, wobei »B« den veränderlichen Bruchteil des Gesamtwiderstandes des Spannungsteilers 129 zwischen dem Arm 131 und Erde darstellt. Die algebraische Summe der beiden an dem Servokontrollvei stärker 135 angelegten Potentiale ist proportional d,-be',, wobei zu beachten ist, daß «2 negativ ist. Eine dieser Größe entsprechende Spannung dient als ein Fehlanzeigesignal, um die Drehrichtung und -geschwindigkeit des Servomotors 134 zu überwachen.
Wenn das Fehlanzeigesignal gleich Null wird, hat die Welle 132 den Kontaktarm 131 in eine Lage bewegt, in welcher b proportional dem Verhältnis e; ist.
Ein weiterer Spannungsteiler 136 ist mit einem beweglichen Kontaktarm 137 ausgerüstet, der über Zahnräder mit der Welle 132 verbunden ist, mit dem Ergebnis, daß der Kontaktarm 137 die Lage des Kontaktarmes 131 wiedergibt und ein dem Spannungsteiler 136 zugeleitetes Potential mit dem Bruchteils multipliziert wird. Das Ausgangssignal von dem Gleichrichter 124 wird auf den Spannungsteiler 136 geleitet; dementsprechend ist das an dem Kontaktarm 137 auftretende Potential proportional («2> («1> be2 oder t (69t), Diese Spannung wird in einem Verstärker 138 verstärkt und in einer Widerstandsanordnung 139 dem Ausgang des Gleichrichters 123 zugefügt, so daß über einen Widerstand 141 eine Spannung auftritt, welche proportional R entsprechend den oben erläuterten Formeln (1) und (2) ist. Diese Spannung wird von dem Anzeigegerät 38 angezeigt.
In der Praxis wird das Verhältnis e,l im allgemeinen «2 größer als die Einheit sein. Wenn beispielsweise der von der Elektrode Ao ausgesandte Strom 1 Milliampere und der von den Elektroden Al und A2 ausgesandte Strom 100 Milliampere beträgt, kann das Potentialverhältnis die Einheit unter gewissen Bedingungen übersteigen; es wird jedoch niemals größer als ein gegebener Faktor, z. B. 10, sein. Um dieser Bedingung zu genügen, kann der Kontakt 128 auf dem Spannungsteiler 127 so angeordnet sein, daß das Potentiale'l durch einen FaktorlO vermindert und der Eingang zu dem Verstärker 138 um diesen selben Faktor durch entsprechende Einstellung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 130 verstärkt wird.
Selbstverständlich kann das Rechengerät zum Kombinieren der in dem Bohrloch gemessenen Potentiale von beliebiger anderer Bauart sein, wie sie bei gleichartigen Rechengeräten fachüblich ist. Auch können die Formeln (1) und (2) mathematisch umgewandelt werden, so daß sich ihr Aussehen ändert, ohne daß ihre Gleichwertigkeit dadurch berührt wird. Die daigestellten Einrichtungen zeigen nur Ausführungsbeispiele, ohne daß die Erfindung auf diese beschränkt ist.
PATENTANSPR8CHE: L. Gerät zur elektrischen Untersuchung von Erdformationen, die von einem eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthaltenden Bohrloch durchteuft sind, bestehend aus einem System von in dem Bohrloch entlang geführten Elektroden sowie Einrichtungen, um zwei dieser Elektroden elektrisch voneinander unabhängige Ströme zuzuführen und die Potentialwerte an zumindest zwei Meßelektroden zu messen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung vorgesehen und mit zwei in das Bohrloch versenkten Meßelektroden so verbunden ist, daß die von jedem der beiden Ströme an den Meßelektroden auftretenden Potentialdifferenzen gegen einen Bezugspunkt sowie gegeneinander gesondert gemessen werden können, so daß zumindest vier gegenseitig unabhängige Potentialwerte erhalten werden.

Claims

2. Gerät nach dem Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßelektroden zwischen den beiden Stromelektroden angeordnet sind und ein Anzeigegerät vorgesehen ist, in welchem die Potentialdifferenzen el und e, die sich aus den beiden Strömen zwischen Erde und einer der beiden Meßelektroden ergeben, sowie diejenigen el' und e2' zwischen den beiden Meßelektroden gemessen werden, zu einer Anzeige proportional er ~ (6) t' ) vereinigt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 843 081; USA.-Patentschrift Nr. 2 357 178.